DE102004052158A1

DE102004052158A1 - Mehrschichtiger Strahlenschutzbaukörper

Info

Publication number: DE102004052158A1
Application number: DE102004052158A
Authority: DE
Inventors: Georg Dr. Fehrenbacher; Torsten Dr. Radon
Original assignee: GSI Helmholtzzentrum fuer Schwerionenforschung GmbH
Current assignee: GSI Helmholtzzentrum fuer Schwerionenforschung GmbH
Priority date: 2004-09-24
Filing date: 2004-10-26
Publication date: 2006-04-06
Also published as: WO2006034779A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen mehrschichtigen Strahlenschutzbaukörper zur Abschirmung von Gamma- und/oder Teilchenstrahlung aus Hochenergie- und/oder Kernreaktionen und zur Verwendung als Wand, Boden oder Decke einer Strahlenschutzkammer.
Erfindungsgemäß weist der Strahlenschutzbaukörper zwei Tragschichten auf zwischen denen sandwichartig zumindest eine erste ggf. noch eine zweite Strahlungsabschirmschicht angeordnet sind. Die erste Strahlungsabschirmschicht wird aus einem Gammastrahlung und/oder hochenergetische Teilchenstrahlung abschwächenden ersten Abschirmmaterial und die ggf. vorhandene zweite Strahlungsabschirmschicht aus einem Neutronen moderierenden und absorbierenden Material gebildet.
Erfindungsgemäß sind das erste und/oder zweite Abschirmmaterial als loses oder verdichtetes Füllmaterial zwischen der ersten und zweiten Tragschicht vorgesehen.
Der erfindungsgemäße Strahlenschutzbaukörper ist schnell, kostengünstig, mit geringem Aufwand herzustellen sowie aufzubauen und auch wieder abzubauen sowie gut wieder verwertbar.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen mehrschichtigen Strahlenschutzbaukörper, insbesondere zur Abschirmung von Gamma- und/oder Teilchenstrahlung aus Hochenergie- und/oder Kernreaktionen und zur Verwendung als Wand, Boden oder Decke einer Strahlenschutzkammer.

Hintergrund der Erfindung

Hochenergiebeschleuniger für Teilchenstrahlen werden bisher hauptsächlich in der Grundlagenforschung genutzt. Anwendungen anderer Art z.B. zur Energieerzeugung werden im Zusammenhang mit der Trägheitsfusion diskutiert, wo Schwerionenbeschleuniger als Treiber für Kernfusionsreaktionen dienen.

Ferner steht die Verwendung von Teilchenbeschleunigern in der Medizin zur Tiefen-Tumorbestrahlung kurz vor dem Übergang vom medizinischen Forschungsvorhaben zum anerkannten Heilverfahren. Kliniken für dedizierte Teilchenbestrahlungen werden zurzeit in Heidelberg, Deutschland gebaut (vgl. K.D. Gross, M. Pavlavic (Editors), Report of the DKFZ, GSI, and FZR (1998)) oder werden demnächst in München, Deutschland fertig gestellt (vgl. www.rptc.de, Rinecker Proton Therapy Center eine Einrichtung der PRO-HEALTH AG).

Europaweit sind verschiedene Anlagen für Ionentherapie in Planung wie z.B. die CNA in Italien, das Medaustron-Projekt in Österreich oder ein Beschleuniger am Karolinska-Hospital in Stockholm. Seit mehreren Jahren in Betrieb ist die Protonentherapieanlage mit isozentrischer Gantry am PSI in Villigen in der Schweiz.

Bei allen Anlagen stellt sich überall dort wo Strahlverluste oder Strahldeponierungen stattfinden das technische Problem, Abschirmmaßnahmen zu definieren, um die Strahlenpegel außerhalb dieser Bereiche zu reduzieren und insbesondere auf einem Niveau zu halten, so dass die Vorgaben (Grenzwerte) der jeweiligen nationalen Strahlenschutzgesetzgebungen eingehalten werden.

An Beschleunigeranlagen und generell in der Kerntechnik werden bislang hauptsächlich Betonabschirmungen in Form von fest gegossenen Wänden und Decken verwendet. Alternativ kommen einzelne Abschirmmodule, die als Einzelteile zusammengesetzt eine Gesamtabschirmung ergeben zur Anwendung. Für spezielle Anforderungen an die Abschirmung können neben Normalbeton mit typischen Dichten im Bereich von 2,3 g/cm³ auch schwere Betonsorten mit entsprechenden Zuschlägen wie z.B. Magnetit-, Limonit- oder Barytbeton mit Dichten bis zu 3,6 g/cm³ verwendet werden (siehe auch DIN 25413). Da diese Betonsorten jedoch kostenintensiv sind, wird in der Praxis zur Optimierung der Kosten und des erzielten Abschirmergebnisses zumeist Normalbeton verwendet.

Hochenergiebeschleuniger erzeugen, wenn Ionen in Materie abgebremst werden, durch Kernwechselwirkungen verschiedene Sekundärstrahlungen. Wird z.B. ein Ionenstrahl im Bereich von GeV pro Nukleon oder noch höher verwendet, wird verstärkt Pionenstrahlung in Richtung des Primärionenstrahls erzeugt. Dieser scharf gerichtete Pionenstrahl zerfällt in Myonen. Ferner entsteht vermehrt hochenergetische Neutronen- oder Photonenstrahlung.

Diese hochenergetische Strahlung hat eine sehr hohe Reichweite, sogar in sehr dichter Materie wie z.B. Beton.

Folglich muss bei sehr hohen Teilchenenergien wie z.B. für einen 30 GeV Protonenstrahl, der in Materie gestoppt wird, eine sehr lange bzw. dicke Abschirmung installiert werden. Deshalb weisen bislang bekannte Abschirmungen zum Teil sehr hohen Wandstärken auf, um die Strahlung wirksam abschirmen zu können.

Wenn also Beton als Abschirmmaterial verwendet wird, müssen daher große Mengen an Beton verarbeitet und in entsprechende vorgegebene Formen gegossen werden. Dies ist in mehrerer Hinsicht nachteilig.

Derartige massive Betonabschirmungen werden nämlich durch Einbringen des flüssigen Betons in eine durch Eisenarmierungen verstärkte und durch Verschalungen vorgefertigte Form aufgebaut. Das verursacht in höchst nachteiliger Weise eine lange Bauzeit, denn für sehr starke Abschirmungen beträgt die Abbindungs- und Abkühlungsdauer des Betons im Bereich von bis zu einigen Monaten.

Darüber hinaus sind herkömmliche fest vergossene und abgebundene Betonabschirmungen unflexibel und schwierig wieder zu verwerten. Ist nämlich die Betonabschirmung einmal fertig gestellt, so kann sie nachträglich nur sehr schwierig oder nur mit sehr hohem Aufwand verändert werden. Der Beton ist gehärtet und die Stahlarmierungen innerhalb der Schicht machen es schwierig die Struktur der Abschirmung zu verändern.

Zum Beispiel ist aus der Druckschrift DE 103 27 466 A1 eine Betondoppelwand bekannt, welche mit Ortbeton ausgefüllt wird, so dass eine kompakte Betonschicht erhalten wird. Zwar können dem Ortbeton Schwerstoffe zugesetzt werden, um den Strahlenschutz zu verstärken, jedoch werden diese in den Ortbeton eingebunden, so dass die vorstehend bezeichneten Nachteile einer vergossenen ausgehärteten Betonwand ebenfalls vorhanden sind. Insbesondere nachteilig ist die geringe Schwerstoffdichte in dem Ortbeton, so dass das Verhältnis aus Dicke zu Abschirmwirkung weiter verbesserungswürdig ist. Generell wird hier versucht, den Schwierigkeiten mit einer Vielzahl von Schichten Herr zu werden, was den Aufbau jedoch übermäßig kompliziert macht. Ferner scheint diese Anordnung lediglich für bestimmte Anwendungsgebiete ausgelegt zu sein.

Heutzutage erhält ferner die Wiederverwertung von Rohstoffen eine immer größere Bedeutung. Eine Wiederverwertung des ausgehärteten Betons ist jedoch nahezu unmöglich.

Allgemeine Beschreibung der Erfindung

Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, einen mehrschichtigen Strahlenschutzbaukörper, insbesondere zur Abschirmung von hochenergetischer Gamma- und/oder Teilchenstrahlung aus Hochenergie- und/oder Kernreaktionen und zur Verwendung als Wand, Boden oder Decke einer Strahlenschutzkammer bereit zu stellen, welcher die vorstehend genannten Anforderungen zumindest teilweise erfüllt und die Nachteile bekannter Techniken vermeidet oder zumindest mindert.

Insbesondere ist es eine Aufgabe einen derartigen Strahlenschutzbaukörper und eine Strahlenschutzkammer bereit zu stellen, welche schnell, kostengünstig und mit geringem Aufwand herzustellen sowie aufzubauen und auch wieder abzubauen sind und deren Bestandteile gut wieder zu verwerten sind.

Eine weitere Aufgabe ist es, einen derartigen Strahlenschutzbaukörper bereit zu stellen, welcher bei hoher Abschirmwirkung eine möglichst geringe Gesamtdicke aufweist.

Noch eine Aufgabe ist es, einen derartigen Strahlenschutzbaukörper bereit zu stellen, welcher relativ flexibel an Veränderungen in der gewünschten Strahlungsabschirmcharakteristik anpassbar ist.

Die Aufgabe wird in überraschend einfacher Weise bereits durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.

Erfindungsgemäß wird ein mehrschichtiger Strahlenschutzbaukörper bereit gestellt, welcher insbesondere zur Abschirmung von Gamma- und/oder Teilchenstrahlung aus Hochenergie- und/oder Kernreaktionen und zur Verwendung als Wand, Boden oder Decke einer Strahlenschutzkammer hergerichtet ist. Der Strahlenschutzbaukörper oder das Strahlenschutzbauelement weist zumindest eine erste und zweite feste Tragschicht, z.B. jeweils eine Normalbetonplatte, und zumindest eine erste Strahlungsabschirmschicht auf. Die erste Strahlungsabschirmschicht ist dabei zwischen der ersten und zweiten Tragschicht angeordnet, dergestalt dass ein sandwichartiger Aufbau gebildet wird.

Die erste Strahlungsabschirmschicht besteht aus einem Gammastrahlung und/oder hochenergetische Teilchenstrahlung abschwächenden ersten Abschirmmaterial, welches im Betriebszustand des Strahlenschutzbaukörpers als loses oder verdichtetes, also insbesondere ungebundenes Füllmaterial zwischen der ersten und zweiten Tragschicht vorgesehen ist. Somit ist die Gammastrahlung und/oder hochenergetische Teilchenstrahlung abschwächende erste Strahlungsabschirmschicht als eine erste lose oder verdichtete Füllschicht ausgebildet.

Dabei ist das erste Abschirmmaterial als Schüttgut in Form von körnigem Rohmaterial zwischen den beiden Tragschichten angeordnet, wobei die beiden Tragschichten als zwei getrennte Schichten erhalten bleiben.

Mit anderen Worten ist das erste Abschirmmaterial vorzugsweise nicht mit Beton oder einem anderen abgebundenen Baumaterial unter Bildung einer festen Schicht vermischt, sondern bleibt insbesondere für die gesamte Dauer der Anwendung als eine ungebundene Schüttung, so dass eine zumindest teilweise Funktionstrennung zwischen Trag- und Abschirmschirmfunktion der Tragschichten bzw. Strahlungsabschirmschichten erzielt wird.

Das erste Abschirmmaterial erfüllt nämlich auch in ungebundener und unbearbeiteter Form seine Abschirmfunktion gegen hochenergetische Strahlung, wobei aber ein erheblich verringerter Aufwand im Vergleich zu den bisher bekannten Verfahren anfällt.

Vorteilhafter Weise kann bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Strahlenschutzbaukörpers mit der aufgeschütteten ersten Strahlungsabschirmschicht eine längere Abbindungs- und Abkühlphase entfallen, so dass die Gesamtaufbauzeit verkürzt werden kann.

Ferner kann die äußere Form der Abschirmung leichter verändert werden als bei massiven vergossenen Betonabschirmungen. Bei der Erfindung ist es ist nämlich lediglich notwendig, die Verschalungen oder Tragschichten baulich zu verändern. Diese sind bei dem erfindungsgemäßen Aufbau vorzugsweise lediglich einige 10 cm stark, z.B. dünner als 50 cm, 40 cm, 30 cm oder 20 cm und/oder von geringerer Dicke als die erste Strahlungsabschirmschicht. Es wird zunächst das lose oder verdichtete Abschirmmaterial oder Schüttgut ausgebaut, nachfolgend werden die Tragschichten umgebaut und anschließend kann dasselbe Schüttgut wieder eingebracht werden. Dies ist verhältnismäßig einfach möglich und es wird sogar ein Doppelnutzen erzielt. Einerseits wird kein neues teures Abschirmmaterial benötigt und andererseits muss dass ausgebaute Abschirmmaterial nicht entsorgt werden. Dies ist gerade bei radioaktivem Material, dessen Entsorgung erhebliche Probleme aufwirft, ein erheblicher Vorteil.

Der erfindungsgemäße Aufbau ist jedoch auch beim endgültigen Abbruch und der Entsorgung der Anlage nach deren Nutzung vorteilhaft. Auch hier lässt sich durch die Erfindung der Aufwand entsprechend reduzieren. Die Tragschichten und das Abschirmmaterial oder Schüttgut können darüber hinaus getrennt abgebaut werden und insbesondere letzteres lässt sich für andere Anwendungen wieder verwenden. Eine mühsam abgebaute dick vergossene herkömmliche Betonwand ist für Strahlenschutz-Abschirmungen auch in der Kerntechnik in der Regel nicht mehr verwendbar.

Es hat sich als vorteilhaft einfach erwiesen, die erste und/oder zweite Tragschicht aus einheitlichen oder homogenen Baustoffplatten, insbesondere Betonplatten herzustellen und diese vor Ort zusammenzusetzen. Dabei mögen zwar die Betonplatten ggf. zur Stabilisierung armiert sein, jedoch enthalten die Betonplatten vorzugsweise keine weiteren Schwerstoffzusätze und der Bereich zwischen den Baustoffplatten, in welchen das Abschirmmaterial eingeschüttet wird, kann bevorzugt armierungslos bleiben, da das Abschirmmaterial im Wesentlichen keine Tragfunktion erfüllen muss. Insbesondere werden dem flüssigen Beton vorzugsweise keine Schwerstoffe oder Metalle beigemischt.

Vorzugsweise ist die erste Strahlungsabschirmschicht als Spallationsschicht ausgebildet, so dass eine effektive Strahlungsabschirmung hochenergetischer Teilchenstrahlung gewährleistet ist.

Ebenfalls zur Abschirmung hochenergetischer Gamma- und/oder Teilchenstrahlung enthält das erste Abschirmmaterial in vorteilhafter Weise als Hauptbestandteil Elemente mit einer Kernladungszahl von größer als 20, insbesondere größer als 25, wobei der Anteil der Elemente mit einer Kernladungszahl von größer als 20 bzw. 25 an dem ersten Abschirmmaterial bevorzugt zumindest 20 Gew.-%, insbesondere zumindest 40 Gew.-%, 60 Gew.-% oder 65 Gew.-% beträgt.

Ferner ist es von Vorteil für die Abschirmwirkung, wenn das erste Abschirmmaterial, z.B. durch entsprechende Materialauswahl und/oder Verdichtung eine Dichte von zumindest 2 g/cm³, insbesondere zumindest 3 g/cm³, 3,5 g/cm³, 4 g/cm³ oder 5 g/cm³ aufweist, weil dadurch die Wandstärke verringert werden kann.

Als erstes Abschirmmaterial wird insbesondere ein Metall und/oder ein Metallverbindungen enthaltendes Material vorgeschlagen.

Besonders einfach und kostengünstig ist es, metallhaltiges Erz, insbesondere Eisenerz als das erste Abschirmmaterial einzusetzen.

In vorteilhafter Weise kann also körniges, insbesondere grob- oder feinkörniges Rohmaterial als Abschirmmaterial verwendet werden, welches unmittelbar aus dem Abbau der Lagerstätten stammt und nicht oder nur geringfügig verarbeitet wird.

Das geeignete erste Abschirmmaterial kann auch anhand der sogenannten Zehntelwertschichtdicke der in Frage kommenden Materialen ausgewählt werden. Eine Zehntelwertschichtdicke ist hierbei die notwendige Schichtdicke, um die ursprüngliche Dosisleistung um einen Faktor 10 zu reduzieren.

Nach Sullivan werden gemäß Tabelle 1 folgende Werte für die Zehntelwertschichtdicken hochenergetischer Neutronenstrahlung für verschiedene Materialien angegeben (vgl. A.H. Sullivan, A Guide to Radiation and Radioactivity Levels near High Energy Particle Accelerators, Nuclear Technology Publishing, Ashford, Kent (1992)): Tabelle 1: Verschiedene Materialien zur Schwächung von hochenergetischer Teilchenstrahlung mit Zehntelwertschichtdicken D_1/10.

Bevorzugt wird das erste Abschirmmaterial derart ausgewählt, dass die erste Strahlungsabschirmschicht für hochenergetische Teilchenstrahlung, insbesondere hochenergetische Neutronenstrahlung, eine Zehntelwertschichtdicke von kleiner als 75 cm, insbesondere kleiner als 70 cm, kleiner als 60 cm oder kleiner als 50 cm aufweist.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung weist einen Doppel-Sandwichaufbau auf, bei welchem zwei lose oder verdichtete Strahlungsabschirmschichten, insbesondere aus unterschiedlichem Material zwischen zwei Tragschichten und einer Trennwand oder Zwischenschicht zur Trennung der beiden Füllschichten vorgesehen sind, so dass der Strahlenschutzbaukörper folgende Schichtenreihenfolge aufweist:

– erste Tragschicht,
– erstes Strahlungsabschirmmaterial,
– Zwischenschicht,
– zweites Strahlungsabschirmmaterial,
– zweite Tragschicht.

Eine solche Anordnung kann besonders effektiv an die Erfordernisse bei der Abschirmung zunächst hochenergetischer Strahlung angepasst werden.

Die Trennwand kann z.B. auch als eine Folie oder ein Metallblech ausgeführt sein.

Eine überraschende Erkenntnis der Erfindung liegt darin, dass mit einer Vereinfachung des Aufbaus ein in vieler Hinsicht verbessertes Ergebnis erzielt werden kann.

Das zweite Abschirmmaterial umfasst oder besteht aus einem Neutronen moderierenden und/oder absorbierenden Material. Hierfür kommen besonders Materialen, welche als Hauptbestandteil Elemente mit einer Kernladungszahl von kleiner als 25, insbesondere kleiner als 20 enthalten in Betracht. Diese Materialien besitzen typischer Weise auch eine geringere Dichte als das erste Abschirmmaterial, nämlich vorzugsweise höchstens 3,5 g/cm³, insbesondere höchstens 3 g/cm³, 2 g/cm³ oder 1,8 g/cm³.

Als Neutronen moderierendes und/oder absorbierendes Material kommen beispielhaft folgende Materialien in Betracht: Bor₁₀, Gadolinium₁₅₇, Gadolinium₁₅₅, Cadmium₁₁₃ oder Lithium₆. Es kann auch Gips mit einem Zusatz eines Neutronen absorbierenden Materials eingesetzt werden.

Es kann unter Umständen auch vorteilhaft sein, als zweite Strahlungsabschirmschicht eine flüssige Schicht, z.B. aus in Wasser gelöstem Bor zu verwenden.

Besonders bevorzugt, aufgrund seiner neutronenmoderierenden Wirkung ist ein wasserstoffhaltiges oder wasserhaltiges zweites Abschirmmaterial. Insbesondere Gips hat sich wegen des gebundenen Wasseranteils als geeignet erwiesen, um erzeugte Neutronenstrahlung zu streuen und zu absorbieren.

Mit einer Mahrzahl der erfindungsgemäßen Strahlenschutzbaukörper lässt sich schließlich eine Strahlenschutzkammer für einen Reaktionsplatz an einem Teilchenbeschleuniger aufbauen, wobei die Strahlenschutzbaukörper Wände, Boden und/oder Decke der Strahlenschutzkammer bilden.

Besonders vorteilhaft ist wiederum die erfindungsgemäße Funktionstrennung zwischen der Tragfunktion und der Strahlungsabschirmfunktion der jeweiligen Schichten, dergestalt, dass die Tragschichten die Statik des Strahlenschutzbaukörpers und der Kammer gewährleisten und die erste und/oder zweite Strahlungsabschirmschicht im Wesentlichen lediglich eine Strahlungsabschirmfunktion erfüllen.

Die Strahlenschutzkammer weist vorzugsweise zunächst ein Eintrittsbereich für einen von dem Teilchenbeschleuniger erzeugten Hochenergiestrahl auf, welcher an einem Reaktionsplatz in der Kammer auf ein Target trifft.

Insbesondere weist der Strahlenschutzbaukörper einen asymmetrischen Schichtaufbau auf, wobei die erste Strahlungsabschirmschicht auf der dem Target zugewandten Seite und die zweite Strahlungsabschirmschicht auf der dem Target abgewandten Seite angeordnet sind, d.h. insbesondere dass der zur Strahlenquelle zugewandte Teil der Abschirmung aus Materialien mit höherer Kernladungszahl Z, z.B. Metall oder Metallerz, besteht.

Es hat sich ferner herausgestellt, dass es unter Umständen genügt, den Strahlenschutzbaukörper in Vorwärtsrichtung mit beiden vorgenannten Strahlungsabschirmschichten zu versehen. Die lateralen Strahlenschutzkörper benötigen nämlich zumeist lediglich eine Schicht aus dem zweiten Abschirmmaterial. Mit anderen Worten weist die Strahlenschutzkammer abschnittsweise die erste und zweite Strahlungsabschirmschicht auf.

Der Grund für diese Anordnung liegt darin, dass hochenergetische Hadronen wie z.B. schnelle Neutronen, aber auch Protonen, Pionen und Myonen im Wesentlichen in Vorwärtsrichtung aus dem Target emittiert werden und in dem ersten Abschirmmaterial Kernwechselwirkungen mit erhöhter Wahrscheinlichkeit erfahren und dabei in Spallationsreaktionen zumeist Protonen, Kernfragmente und Neutronen geringerer Energie erzeugt werden.

Diese Reaktionsprodukte geringerer Energie werden in der zweiten Strahlungsabschirmschicht effizient geschwächt, ebenso wie lateral und nach rückwärts emittierte Strahlung von geringerer Energie aus dem Target.

Je nach Strahlenschutzanwendung kann es jedoch auch von Vorteil sein, nicht nur einen im Wesentlichen geschlossenen äußeren Käfig aus dem zweiten Abschirmmaterial, sondern auch einen inneren Käfig aus dem ersten Abschirmmaterial zu bilden. Vorzugsweise weist die Kammer dennoch einen Zugangsbereich für Personen, z.B. in Form einer versenkbaren Strahlenschutztür oder eines labyrinthförmigen Eingangsbereichs auf.

Weiter kann vorgesehen sein, eine zusätzliche lose oder verdichtete Strahlungsabschirmschicht aus einem Material zu verwenden, welches beim Abruch von Abschirmungen von kerntechnischen Anlagen anfällt.

Die Erfindung gewährleistet demnach selbst unter extremen Bedingungen insbesondere:

1. Eine wirksame Schwächung von allen Arten an Strahlungen (Neutronen, Protonen, Pionen, Myonen, Protonen).
2. Eine möglichst geringe Aktivierung im Betrieb, bzw. ein schnelles Abklingen der erzeugten Radioaktivität.
3. Die Möglichkeit der Wiederverwendung der Abschirmmaterialien oder entsprechend einfache Entsorgung der Materialien auch nach längerer Nutzungsphase.
4. Einen verringerten Aufwand bei der Errichtung (von Vorteil ist diesbezüglich z.B. die fehlende Wärmeentwicklung von abbindendem Beton) und beim Abbau der Abschirmung. Dadurch wird ein vereinfachter Rückbau im Vergleich zur festen Betonstruktur erzielt.
5. Ein Standhalten unter zum Teil sehr hohen Strahlenpegeln. Dabei treten bei geeigneter Materialauswahl keine oder nur geringe chemische Veränderung der Abschirmmaterialien auf.
6. Eine Erfüllung der Schutzbestimmungen, insbesondere Brandschutzbestimmungen, d.h. unter anderem Standfestigkeit gegen thermische Einwirkung und Einwirkung von gefährlichen Stoffen wie z.B. Laugen und Säuren sowie geringe Freisetzung von Schadstoffen.
7. Die Möglichkeit der Abänderung einer Anordnung aus Strahlenschutzbaukörpern an veränderte räumliche Anforderungen z.B. durch Hinzufügen von neuen Bestrahlungsbereichen an einem Beschleuniger.
8. Die Vermeidung von Spalten zwischen den Abschirmwänden durch die die Strahlung transportiert werden könnte.
9. Die Möglichkeit der stärkeren Nutzung von industriell vorgefertigten Bauteilen.
10. Eine Reduktion des Energieaufwands für die Errichtung und den Abbau der Abschirmung.
11. Eine Reduktion der Errichtungs- und Abbauzeiten.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert, wobei gleiche und ähnliche Elemente teilweise mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und die Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können.
Kurzbeschreibung der Figuren
Es zeigen:
1 einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen mehrschichtigen Strahlenschutzbaukörpers 1,
2 einen schematischen Horizontalschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Strahlenschutzkammer 50,
3 eine mit einem Strahlungstransportprogramm ermittelte resultierende Dosisverteilung in Form von Isodosislinien für die Strahlenschutzkammer 50 aus 2,
4 einen schematischen Horizontalschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Strahlenschutzkammer 50 mit einem Therapieplatz zur Protonen- oder Ionenbestrahlung und
5 einen schematischen Horizontalschnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Strahlenschutzkammer 50 mit einem Therapieplatz zur Ionenbestrahlung.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
In 1 ist ein beispielhafter Aufbau eines erfindungsgemäßen Strahlenschutzbaukörpers 1 dargestellt. Der Strahlenschutzbaukörper besitzt als Tragschichten eine Innen- und eine Außenwand 2, 4 bestehend aus Beton, eine erste metallhaltige Strahlungsabschirmschicht 6 bestehend aus Eisenerz und eine zweite Strahlungsabschirmschicht 8 bestehend aus Gips (CaSO₄·2H₂O). Die Gipsschicht 8 weist einen hohen Wasseranteil auf. Das Eisenerz 6 und/oder der Gips 8 sind als Abschirmmaterialien jeweils in loser Schüttung eingebaut oder beim Einbau verdichtet, um eine höhere Abschirmwirkung zu erzielen. Die so hergestellten Strahlungsabschirm- oder Füllschichten 6, 8 bleiben jedoch dauerhaft ungebunden und sind insbesondere nicht mit Beton vermischt. Die Eisenerzschüttung 6 und die Gipsschüttung 8 sind durch eine Zwischenwand 10 getrennt. Folglich besteht der Strahlenschutzbaukörper 1 in dieser Ausführungsform aus, insbesondere genau, fünf Schichten, nämlich – in der Reihenfolge von innen nach außen – aus der ersten (Beton-)Tragschicht 2, der ersten (Eisenerz-)Strahlungsabschirmschicht 6, der (Beton-)Trennwand 10, der zweiten (Gips-)Strahlungsabschirmschicht 8 und der zweiten (Beton-)Tragschicht 2.
Das eingesetzte Eisenerz variiert in der Zusammensetzung entsprechend seiner Herkunft. Beispiele sind in Tabelle 2 angegeben.
Tabelle 2:
Hauptbestandteile der Eisenerze aus verschiedenen Lagerstätten in %:

1 – Kiruna B (Schweden),
2 – Itabira CBFO (Brasilien),
3 – Svappavaara D (Schweden),
4 – Carol Lake Pellets (Kanada) und
5 – Sydvaranger Konz. (Norwegen) (aus Ullmanns Enzyklopädie der technischen Chemie, 4. Auflage, 1975, Verlag Chemie, Weinheim/Bergstraße).

1 zeigt die Anordnung mit der erfindungsgemäßen Funktionstrennung der Schichten, in solche die einerseits die Statik des Strahlenschutzbaukörpers 1 gewährleisten, nämlich zumindest die Innen- und Außenwand als Tragschichten 2, 4, und solche, die andererseits die eigentliche Abschirmwirkung leisten, nämlich die Strahlungsabschirmschichten 6, 8 aus Füll- oder Abschirmmaterialien. Die Trenn- oder Zwischenwand 10 kann ebenfalls zur Statik beitragen, muss aber nicht. Die Stabilität der Anordnung kann weiter dadurch erhöht werden, dass sich ein Anker, insbesondere Zuganker 12 durch die vollständige Innen- und Außenwand 2, 4 hindurch erstreckt und an deren jeweiliger Außenseite gesichert ist. Somit wird erfindungsgemäß eine Mehrschicht-Sandwich-Anordnung mit mindestens zwei verschiedenen Typen an Abschirmmaterialien 6, 8 bereit gestellt.
Durch die Trennung von Modulen oder Schichten mit statischer Funktion (Tragschichten) 2, 4 von denen mit im Wesentlichen reiner Abschirmfunktion (Strahlungsabschirmschichten) 6, 8 wird ferner eine bessere Anpassung der Abschirmung an verschiedene Strahlenarten und Energiebereichen ermöglicht.
Für hochenergetische Strahlung 16 wie sie an Hochenergiebeschleunigern auftritt, hat sich als zweckmäßig erwiesen, die erste Strahlungsabschirmschicht 6 aus metallhaltigem Erz und die zweite Strahlungsabschirmschicht 8 aus einem wasserhaltigen Füllstoff wie z.B. Gips zu errichten. Weitere Variationen sind hier denkbar wie z.B. die Einführung von weiteren Materialtypen in zusätzlichen Schichten anzubringen. Die Reihenfolge der Schichten 4, 8 ist vorzugsweise asymmetrisch und insbesondere so gewählt, dass zur Strahlenquelle oder einfallenden Strahlung hin (in der Fig. links), zumeist Sekundärstrahlung 16, die metallhaltige Schicht 6 liegt und daran anschließend – von der Zwischenwand 10 getrennt – die wasserstoffhaltige oder wasserhaltige Schicht 8 zur Moderierung und Absorption der erzeugten Neutronenstrahlung.
Zur Strahlenquelle zugewandten Seite wird demnach insbesondere das Material 6 mit der höchsten Kernladungszahl Z, zur Strahlenquelle abgewandten Seite das Material 8 mit niedrigerem Z eingesetzt werden. Bei der Wahl der Materialien wird ferner die Art und Energieverteilung des Strahlungsfeldes der Sekundärstrahlung 16 berücksichtigt. Es ist dabei auch zu berücksichtigen, dass während des Transports der Strahlung durch Materie weitere neue Strahlung erzeugt wird. So ist der Transport von Neutronenstrahlung immer mit der Erzeugung von Gammastrahlung verbunden (n, γ oder n,n' γ-Prozesse).
Während Neutronenstrahlung vor allem durch wasserstoffhaltige Substanzen geschwächt wird, ist die Schwächung von Gammastrahlung vor allen durch Materialien mit hohem Z gewährleistet. So ist die richtige Wahl der Materialien auch ein Kompromiss zwischen verschiedenen Anforderungen, so dass auch Material-Mischungen vorteilhaft sein können.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können weitere Optimierungen durch eine entsprechende Auswahl der Abschirmmaterialien vorgenommen werden, während bei Standardbetonabschirmungen oft von den Baufirmen selbst die Materialzusammensetzung festgelegt ist, je nach Bezugsquelle der Rohmaterialien. Auch eine spätere Änderung der Strahlungsfelder mit der Folge, dass die Abschirmmasse geändert werden soll, ist mit der Erfindung besser möglich als mit einer festen Betonabschirmung, die typischerwesie komplett ausgetauscht werden müsste.
Für den Aufbau werden zunächst beiden Tragschichten 2, 4 und wo notwendig die Zwischenschicht 10 um den Reaktionsbereich herum aufgebaut und nachfolgend werden die beiden Strahlungsabschirmschichten 6, 8 am Einsatzort durch Einfüllen oder Einschütten des losen Füllmaterials, welches aus dem jeweiligen Abschirmmaterial besteht, in die Zwischenräume zwischen den Tragschichten hergestellt. Vorteilhafter Weise kann unbehandeltes Schüttgut 6, 8 als Abschirmmaterial, z.B. Eisenerz oder Gips verwendet werden. Dadurch wird eine Reduktion des Verarbeitungsaufwands der Ausgangsmaterialien erzielt. Weiter vorteilhaft ist, dass der erfindungsgemäße Strahlenschutzbaukörper sofort nach dem Einfüllen und ggf. Verdichten des Füllmaterials einsetzbar ist. Der Abbau erfolgt entsprechend in umgekehrter Reihenfolge. Daher ist der erfindungsgemäße Strahlenschutzbaukörper einfach in der Errichtung und im Abbau, sowie flexibel in Hinsicht auf einen späteren Umbau. Insbesondere wird die spätere Entsorgung oder Wiederverwendung der Abschirmmaterialien 6, 8 erheblich vereinfacht.
Die erzielte Abschirmwirkung hängt dabei unter anderem davon ab, wie stark verdichtet das Füllmaterial in die Abschirmung eingebaut wird. Die erzielbare Dichte wiederum hängt von der Größenverteilung der einzubauenden Materialien ab. So kann mit einem feinkörnig abgebauten Material eine höhere Einbaudichte erzielt werden, als mit einem grobkörnigen Material. Von besonderer Bedeutung für die Konzipierung des Strahlenschutzbaukörpers 1 ist eine vorbestimmte Mindestdichte in allen Bereichen der Abschirmung. Es ist daher von Vorteil, wenn die Körnigkeit des rohen Abschirmmaterials, in diesem Beispiel Erz und Naturgips eine gewisse Mindest-Feinheit aufweist, um eine genügend hohe Verdichtung beim Einbau zu gewährleisten.
Insbesondere ist der notwendige Raum zur Realisierung der Abschirmung nicht oder nicht wesentlich höher als bei konventionellen Betonabschirmungen, bzw. ist unter Umständen sogar kleiner, wenn das Schüttgut 6, 8 genügend verdichtet oder dicht verpresst in die Abschirmungen eingebaut ist. Dies ist vor allem im klinischen Bereich von Vorteil, wo solche Anlagen zumeist in dicht besiedelten Gebieten mit wenig räumlichen Ausdehnungsmöglichkeiten gebaut werden.
Die folgenden Beispiele zeigen Einsatzmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Strahlenschutzbaukörpers.
Ausführungsbeispiel 1:
Strahlenschutzkammer (sogenanntes Cave) für Kernkollisionen
Als Beispiel für eine Abschirmung mit Eisenerz und Gips als Abschirmmassen 6, 8 wurde das geplante CBM-Cave (Condensed Baryonic Matter) des FAIR-Projekts entwickelt. Es handelt sich hier um ein Gebäude, welches allseitig aus den Strahlenschutzbaukörpern aufgebaut ist und in welchem Experimente für Kernkollisionen bei über 30 GeV pro Nukleon stattfinden.
In 2 ist das CBM-Cave mit Goldionen als Primärstrahlen 14 dargestellt. Die Ionen treten durch einen Eintrittsbereich 34 in das Cave ein und treffen auf ein Target 18 und deren Reaktionsprodukte werden von einem Detektor gemessen (nicht dargestellt). Gleichzeitig wird Sekundärstrahlung 16 erzeugt, die abgeschirmt werden soll. Der Zugang zum Cave erfolgt über ein Eingangslabyrinth 30, welches am Rand der Eintrittswand liegt.
In diesem Beispiel wurde ein Goldstrahl der Intensität von 10⁹ Ionen/sec und der Energie 30 GeV pro Nukleon in ein dünnes Eisenstück als Target 18 deponiert (1% Wechselwirkungsrate). Die von dem Target 18 ausgehende Sekundärstrahlung wird durch das Gebäude auf ein Niveau von weniger als 0,5 μSv/h geschwächt. Dies wird dadurch erreicht, dass Schichten in der Reihenfolge Beton 2, Eisenerz 6, Gips 8 und Beton 4 von innen nach außen gebaut sind (vgl. 2, wobei die Trennwand 10 in dieser Darstellung der Übersichtlichkeit halber weggelassen ist). Vorteilhaft ist, dass die beiden losen oder verdichteten Strahlungsabschirmschichten, in diesem Beispiel bestehend aus Erz 6 bzw. Gips 8, insbesondere beide, auch um Ecken 20, an welchen die Wände 1 aufeinanderstoßen, zumindest teilweise geschlossen herumgeführt sind, so dass auch in diesen Eckbereichen 20 eine hinreichende und gegenüber einem stumpfen Aneinanderstoßen zweier Sandwichwände verbesserte Abschirmwirkung erzielt wird.
Ferner ist in 2 zu erkennen, dass für dieses Cave ein geschlossener innerer Käfig aus Eisenerz 6 und ein geschlossener äußerer Käfig aus Gips 8 vorgesehen sind. Jedoch sind die Dicken der Strahlungsabschirmschichten 6, 8 in Vorwärtsrichtung größer als lateral oder rückwärtig. Dies ist auf die Abstrahlcharakteristik der Sekundärstrahlung angepasst. Im übrigen sind lateral die Gipsschicht 8 dicker als die Erzschicht 6.
Die resultierende Dosisverteilung 22 wurde mit einem Strahlungstransportprogramm ermittelt und ist in 3 in Form von Isodosislinien dargestellt. Die innerste Linie 24 entspricht einer Dosis von 10⁶ μSv/h die äußerste Linie 26 von 10^-1 μSv/h. Dazwischen sind sukzessive Isodosislinien von 10⁵ μSv/h, 10^4,5 μSv/h, 10⁴ μSv/h, 10³ μSv/h, 10² μSv/h, 10¹ μSv/h und 10⁰ μSv/h dargestellt. Die angestrebte Dosisleistung von 0,5 μSv/h oder weniger ist hier mit einem Eisenerz der Dichte 3,5 g/cm³ und Gips der Dichte 1,8 g/cm³, umgeben von Normalbeton (ggf. armiert, aber ohne weitere Schwerstoff- oder Eisenzusätze zur wesentlichen Veränderung der Abschirmwirkung) erzielt.
Es kann vorgesehen sein, in Vorwärtsrichtung außerhalb des CBM-Caves einen Strahlvernichter (sogenannter Beamdump) anzuordnen, welcher insbesondere den gleichen Schichtaufbau wie die erfindungsgemäße Strahlenschutzwand aufweist und sich bevorzugt unmittelbar an diese anschließt. Dies ist vorteilhaft, um insbesondere die entstehende Reststrahlung in Vorwärtsrichtung weiter abzuschwächen.
Ausführungsbeispiele 2 und 3:
Therapie-Cave zur Behandlung mit Protonen- oder Schwerionenstrahlen
In den letzten Jahren hat sich die Behandlung von speziellen Tumorerkrankungen mit Protonen- oder Ionenstrahlen als ein sehr wirksames Verfahren entwickelt. Weltweit werden die meisten Anlagen in Japan betrieben oder zurzeit errichtet. In Europa werden Anlagen zur Protonentherapie meist mit Zyklotrons und für die Kohlenstofftherapie mit Synchrotrons gebaut. Für Protonenstrahlen 14 werden Energien bis ca. 230 MeV angewandt und alternativ für Kohlenstoffionen 14 bis ca. 430 MeV pro Nukleon genutzt. Dementsprechend müssen die Therapiebehandlungsräume, in denen die Ionen im Gewebe gestoppt werden, ebenfalls stark abgeschirmt werden.
Die Erfindung wurde nun auf die Auslegung von zwei Therapie-Caves 50 angewandt. In 4 und 5 sind diese Caves 50 in der erfindungsgemäßen Mehrschicht-Sandwich-Technik mit Eisenerz-Schüttgut oder einer anderen (schwer-)metallhaltigen Füllmasse als erster Strahlungsabschirmschicht 6 in der Vorwärtsstrahlrichtung und in der zweiten Strahlungsabschirmschicht 8 mit Gips realisiert. Alternativ wird die Füllmasse 8 aus einem anderen wasserstoffhaltigen Material ggf. mit einem Zusatz eines neutronenabsorbierenden Materials gebildet. Die Innen-, Außen- und Zwischenwände 2, 4, 10 dienen im Wesentlichen lediglich als Tragschichten zur Verschalung für das ungebundene Füllmaterial 6, 8 bzw. die lose oder verdichtete Füllschichten.
4 bezieht sich auf ein Cave 50 mit versenkbarer Abschirmtür 28, 5 auf ein Cave 50 mit einem Zugangslabyrinth 30.
Das Eisenerz 6 hat die Funktion, insbesondere die hochenergetische Neutronenstrahlung in Kernreaktionen zur Emission von Neutronen, Protonen und Kernfragmenten kleinerer Energie zu wandeln, die im Eisenerz 6 selbst oder in der sich anschließenden Gips-Schicht 8 moderiert und/oder absorbiert werden. Die Eisenerz-Strahlungsabschirmschicht 6 bildet folglich eine Spallationschicht (ggf. mit Moderationsfunktion). Die Gips-Strahlungsabschirmschicht 8 bildet eine Neutronen moderierende und/oder absorbierende Schicht.
Im Unterschied zum Cave für Kernkollisionen gemäß 2 wird bei den in 4 und 5 dargestellten Caves die Erzschicht 6 lediglich in Vorwärtsrichtung benötigt, da hauptsächlich in der Vorwärtsrichtung hochenergetische Strahlung erzeugt wird. Die Erzschicht 6 und die zugehörigen Tragschichten bilden eine in Ihrer Gesamtheit gekrümmte C- oder U-förmige Anordnung, um die vom Target 18 oder dem Therapieplatz 32 (wobei der zu behandelnde Patient das Target bildet) für Protonen- oder Ionenbestrahlung emittierte hochenergetische Sekundärstrahlung 16 verbessert abzuschirmen. Quer zum Primärstrahl 14, hier ein Ionenstrahl, sind lediglich Strahlungsabschirmschichten 8 aus Gips, welche gemeinsam einen Strahlenschutzkäfig definieren vorgesehen.
Weitere beispielhafte Anwendungen
Die Nutzung der Erfindung ist für viele Anlagenbereiche insbesondere des FAIR-Projekts bei der Gesellschaft für Schwerionenforschung mbH anwendbar. Diese sind:

1. SIS 100/300, insbesondere dessen Strahlführungen zum Super-Fragment-Separator, Anti-Protonen-Produktionstarget, CBM-Caves
2. Super-FRS
3. Anti-Protonen-Produktionsbereich
4. Cave Plasmaphysik
5. Speicherringe.

Weitere Anwendungsbereiche liegen prinzipiell bei allen Hochenergiebeschleunigeranlagen, insbesondere bei den zurzeit geplanten Therapieanlagen für Protonen- und Ionenstrahlen im In- und Ausland. Dort kann die Erfindung für Therapie-Caves in Protonen- und Schwerionentherapiekliniken Anwendung finden.
Die Erfindung ist nach Auffassung der Erfinder jedoch auch bei Hochdosis-Bestrahlungsanlagen mit kleineren Strahlenergien anwendbar. Konventionelle Therapieanlagen mit Röntgenstrahlung können mit dieser Abschirm-Technik entsprechend realisiert werden.
Die erfindungsgemäße Abschirmung eignet sich insbesondere für Elektronen-Linearbeschleuniger, Mikrotrons oder Betatrons, Kobalt₆₀- oder Cäsium₁₃₇-Bestrahlungsanlagen oder mit entsprechenden Radionukliden. Weitere beispielhafte Anwendungen sind Beschleuniger zur Erzeugung von Bremsstrahlung, z.B. für die Materialforschung. Im übrigen läßt sich die Erfindung für Beschleuniger oder Radioaktivquellen zur Polymerbestrahlung einsetzen. Ein weiteres Anwendungsgebiet sind Zyklotrons und Elektronensynchrotrons.
Die vorliegende Erfindung umfasst gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform zusammenfassend drei Hauptkomponenten:

1. Eine Mehrschicht-Sandwich-Anordnung, wobei die Tragschichten oder strukturierenden Elemente, die die Statik der Gesamtabschirmung garantieren z.B. Beton-Fertigteile sein können.
2. Verschiedene Abschirmmaterial-Typen, die der Art und dem Energiespektrum der erzeugten Strahlung angepasst sind.
3. Nutzung von körnigem, insbesondere grob- oder feinkörnigem Rohmaterial als Abschirmmaterial, welches aus dem direkten Abbau der Lagerstätten stammt und ggf. nur geringfügig verarbeitet, z.B. gemahlen ist.

Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beispielhaft zu verstehen sind, und die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist, sondern in vielfältiger Weise variiert werden kann, ohne den Geist der Erfindung zu verlassen. Es ist ferner ersichtlich, dass Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können.

Claims

Mehrschichtiger Strahlenschutzbaukörper (1), insbesondere zur Abschirmung von Gamma- und/oder Teilchenstrahlung (16) aus Hochenergie- und/oder Kernreaktionen und zur Verwendung als Wand, Boden oder Decke einer Strahlenschutzkammer (50), wobei der Strahlenschutzbaukörper (1) zumindest eine erste und zweite feste Tragschicht (2, 4) und zumindest eine erste Strahlungsabschirmschicht (6) aufweist, wobei die erste Strahlungsabschirmschicht (6) zwischen der ersten und zweiten Tragschicht (2, 4) angeordnet ist, dergestalt dass ein sandwichartiger Aufbau gebildet wird, wobei die erste Strahlungsabschirmschicht aus einem Gammastrahlung und/oder hochenergetische Teilchenstrahlung abschwächenden ersten Abschirmmaterial (6) gebildet wird und wobei im Betriebszustand des Strahlenschutzbaukörpers (1) das erste Abschirmmaterial als loses oder verdichtetes Füllmaterial zwischen der ersten und zweiten Tragschicht vorgesehen ist, so dass die erste Strahlungsabschirmschicht (6) als eine erste lose oder verdichtete Füllschicht ausgebildet ist.
Strahlenschutzbaukörper (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Abschirmmaterial nicht mit Beton (2, 4) oder einem anderen abgebundenen Baumaterial unter Bildung einer festen Schicht vermischt ist.
Strahlenschutzbaukörper (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die erste und zweite Tragschicht (2, 4) aus einheitlichen oder homogenen Baustoffplatten, insbesondere Betonplatten besteht und der Bereich (6, 8) zwischen den Baustoffplatten im Wesentlichen armierungslos ist.
Strahlenschutzbaukörper (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Strahlungsabschirmschicht (6) als Spallationsschicht ausgebildet ist.
Strahlenschutzbaukörper (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Abschirmmaterial als Hauptbestandteil Elemente mit einer Kernladungszahl von größer als 20 enthält.
Strahlenschutzbaukörper (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der Elemente mit einer Kernladungszahl von größer als 20 an dem ersten Abschirmmaterial zumindest 20 Gew.-% beträgt.
Strahlenschutzbaukörper (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Abschirmmaterial eine Dichte von zumindest 3 g/cm³ aufweist.
Strahlenschutzbaukörper (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Abschirmmaterial Metall oder Metallverbindungen enthält.
Strahlenschutzbaukörper (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Abschirmmaterial ein metallhaltiges Erz enthält.
Strahlenschutzbaukörper (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Abschirmmaterial Eisenerz enthält.
Strahlenschutzbaukörper (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Abschirmmaterial derart ausgewählt ist, dass die erste Strahlungsabschirmschicht für hochenergetische Teilchenstrahlung eine Zehntelwertschichtdicke von kleiner als 75 cm aufweist.
Strahlenschutzbaukörper (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Strahlungsabschirmschicht (8) zwischen der ersten und zweiten Tragschicht angeordnet ist, wobei die zweite Strahlungsabschirmschicht (8) aus einem von dem ersten Abschirmmaterial unterschiedlichen zweiten Abschirmmaterial gebildet wird.
Strahlenschutzbaukörper (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Betriebszustand das zweite Abschirmmaterial als loses oder verdichtetes Füllmaterial zwischen der ersten und zweiten Tragschicht (2, 4) vorgesehen ist, so dass die zweite Strahlungsabschirmschicht (8) als eine zweite lose oder verdichtete Füllschicht ausgebildet ist.
Strahlenschutzbaukörper (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Abschirmmaterial ein Neutronen moderierendes und absorbierendes Material ist.
Strahlenschutzbaukörper (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Abschirmmaterial als Hauptbestandteil Elemente mit einer Kernladungszahl von kleiner als 25 enthält.
Strahlenschutzbaukörper (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Abschirmmaterial eine Dichte von höchstens 3,5 g/cm³ aufweist.
Strahlenschutzbaukörper (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Abschirmmaterial ein wasserstoffhaltiges Material ist.
Strahlenschutzbaukörper (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Abschirmmaterial Gips enthält.
Strahlenschutzbaukörper (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Funktionstrennung zwischen der Tragfunktion und der Strahlungsabschirmfunktion der jeweiligen Schichten vorgesehen ist, dergestalt, dass die Tragschichten (2, 4) die Statik des Strahlenschutzbaukörpers (1) gewährleisten und die erste und zweite Strahlungsabschirmschicht (6, 8) im Wesentlichen lediglich eine Strahlungsabschirmfunktion erfüllen.
Strahlenschutzbaukörper (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten und zweiten Füllschicht (6, 8) eine feste Trennwand (10) vorgesehen ist.
Strahlenschutzbaukörper (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere äußere Strahlungsabschirmschicht aus loser oder verdichteter Erde vorgesehen ist.
Strahlenschutzkammer für einen Reaktionsplatz an einem Teilchenbeschleuniger, aufgebaut aus einer Mehrzahl von Strahlenschutzbaukörpern (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Strahlenschutzbaukörper Wände, Boden und/oder Decke der Strahlenschutzkammer bilden.
Strahlenschutzkammer (50) nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass ein Eintrittsbereich für einen von dem Teilchenbeschleuniger erzeugten Hochenergiestrahl (14) vorgesehen ist und der Hochenergiestrahl auf ein Target (18) im Inneren der Strahlenschutzkammer (50) trifft, wobei ein Strahlenschutzbaukörper (1) im Bereich der Vorwärtsrichtung des Hochenergiestrahls (14) eine erste Strahlungsabschirmschicht aus dem ersten Abschirmmaterial (6) und eine zweite Strahlungsabschirmschicht aus dem zweiten Abschirmmaterial (8) aufweist, wobei die erste Strahlungsabschirmschicht (6) auf der dem Target (18) zugewandten Seite und die zweite Strahlungsabschirmschicht (8) auf der dem Hochenergiestrahl (14) abgewandten Seite des Strahlenschutzbauköpers (1) angeordnet ist.
Strahlenschutzkammer nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass alle Strahlenschutzbaukörper jeweils eine erste Strahlungsabschirmschicht aus dem ersten Abschirmmaterial und jeweils eine zweite Strahlungsabschirmschicht aus dem zweiten Abschirmmaterial aufweisen, wobei die erste Strahlungsabschirmschicht auf der dem Target zugewandten Seite und die zweite Strahlungsabschirmschicht auf der dem Target abgewandten Seite des Strahlenschutzbauköpers angeordnet ist, derart dass ein innerer Käfig aus dem ersten und ein äußerer Käfig aus dem zweiten Abschirmmaterial gebildet wird.
Strahlenschutzkammer nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der anderen Strahlenschutzbaukörper jeweils lediglich eine Strahlungsabschirmschicht aus dem zweiten Abschirmmaterial aufweisen, derart dass ein allseitiger Käfig zumindest aus dem zweiten Abschirmmaterial gebildet wird.
Strahlenschutzkammer nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner umfassend eine versenkbare Abschirmtür (28) oder einen labyrinthförmigen Personen-Eingangsbereich (30).